5. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Измерение влажности воздуха. Технология сушки овощей и фруктов. Приготовление пищи под давлением

Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом. Испарение и конденсация являются примерами фазовых переходов. Все реальные газы (кислород, азот, водород и т. д.) при определенных условиях способны превращаться в жидкость. Однако превращение газа в жидкость может происходить только при температурах ниже определенной, так называемой критической температуры Tкр.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории, испарение – это процесс, при котором с поверхности жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, кинетическая энергия которых превышает энергию их связи с остальными молекулами жидкости. Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии оставшихся молекул, то есть к охлаждению жидкости (если нет подвода энергии от окружающих тел).

Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость. В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, то есть когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным. Число молекул, вылетающих с единицы площади поверхности жидкости за одну секунду, зависит от температуры жидкости. Число молекул, возвращающихся из пара в жидкость, зависит от концентрации молекул пара и от средней скорости их теплового движения, которая определяется температурой пара.

Так как давление газа (пара) определяется его концентрацией и температурой, то можно сделать вывод: давление насыщенного пара p₀ данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема.

В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды при некотором парциальном давлении p, которое, как правило, меньше давления насыщенного пара p0 приданной температуре. Отношение p / p0, выраженное в процентах, называется относительной влажностью воздуха и выражается в процентах. , Для характеристики влажности используется ряд величин. Абсолют­ной влажностью называется масса водяного пара, содержащегося в единице объёма воздуха. Обычно она измеряется в граммах на кубический метр (г/м3). В сводках погоды дается значение относительной влажности воздуха. Основным методом для измерения влажности воздуха является психрометрический. Определение влажности этим методом осуществляется по показанию психрометра - прибора, состоящего из двух термометров Резервуар одного из термометров плотно обертывается кусочком тонкой ткани, конец которой опускается в резервуар с водой. С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный - свою собственную, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара. Чем больше дефицит влажности, тем интенсивнее будет происходить испарение и, следовательно, тем ниже будут показания смоченного термометра. Для удобства определения влажности воздуха по разности показаний двух термометров составлены психрометрические таблицы. Влажность воздуха является важной составляющей. Плохое самочувствие, быстрая утомляемость, першение в горле, непрекращающийся насморк – первые признаки того, что в помещении, где вы живете, занижены показатели нормальной влажности воздуха. В этом случае нагрузка на сердце возрастает, а кожа быстрее стареет. Специалисты утверждают, что подходящим  считается помещение, температура воздуха которого составляет примерно 20°С, а относительная влажность - не ниже 45-50%.  Оптимальная влажность воздуха "связывает" пыль, особенно это важно для тех, кто страдает от астмы и аллергии. Одним из наиболее простых способов повышения влажности воздуха в помещении является специальное оборудование – бытовые увлажнители /осушители воздуха - позволяют поддерживать относительную влажность  на оптимальном уровне, создают в помещении идеальный микроклимат, в независимости от того, какая на улице погода. Огромное значение влажность помещения имеет при сушке овощей и фруктов Сушка - самый простой, наиболее дешевый и наименее трудоемкий способ консервирования овощей и фруктов. Сушеные продукты хорошо сохраняются, не требуют специальных помещений для хранения, занимают мало места. Чем выше качество сырья, тем лучше качество сушеных продуктов. Перезрелые плоды не годятся для сушки. Поэтому плоды и овощи, предназначенные для сушки, должны быть в стадии так называемой потребительской зрелости. Полностью подготовленные к сушке плоды и овощи всегда раскладывают тонким слоем, чтобы обеспечить доступ воздуха со всех сторон, причем сушка происходит при щадящем температурном режиме (40 0С)  Инфракрасная сушка. Наиболее актуальной и перспективной в данный момент является сушка продуктов питания с применением инфракрасного излучения. При поглощении инфракрасного излучения облучаемым телом в нем увеличивается тепловое движение атомов и молекул, что вызывает его нагревание. По сравнению с традиционной сушкой, овощи, обработанные инфракрасной сушкой после восстановления обладают вкусовыми качествами, максимально приближенными к свежим. Кроме инфракрасной сушки, микроволновая технология может решать актуальные задачи многих производств - сушить рыбу, мясо, зерно, фрукты и овощи, лесоматериалы, кирпич и овечью шерсть, хлопок-сырец, лекарственные травы.

Микроволновый метод сушки основан на воздействии на обезвоживаемый продукт интенсивного электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ). Под действием СВЧ поля молекулы воды начинают совершать колебательные и вращательные движения, тем самым получая тепловую энергию. Таким образом, разогрев происходит во всем объеме продукта, причем более влажные участки получают больше энергии. За счет этого происходит удаление влаги, сушка продукта, и, одновременно, - выравнивание влажности в объеме продукта.

Приготовление пищи под давлением - это метод приготовления продуктов в герметичном сосуде или автоклаве, не позволяющем воздуху или жидкости покидать емкость, находящуюся под высоким давлением, при этом температура жидкости внутри системы может быть повышена до 125 °C. Повышенная температура позволяет приготовить продукт несоизмеримо быстрее стандартного способа. Приготовление пищи на пару при высоком давлении - это наиболее диетический способ приготовления продуктов. Высокое давление способствует выходу естественных натуральных соков из продукта, позволяя готовить блюда при высоких температурах в собственном соку. Приготовление при высоком давлении позволяет «восстанавливать» поврежденные ткани продуктов, упакованных в вакууме или ранее замороженных. Приготовление пищи автоклавным методом позволяет готовить блюда в разы быстрее, с сохранением всех питательных свойств продукта.

5. Виды теплообмена. Теплопроводность тел. Значение теплопроводности материалов при изготовлении кухонной утвари. Классификация теплового оборудования. Принцип работы пароварки, конвекционных печей и пароконвектоматов.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен. Теплопроводность - это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части. При теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела - переносится лишь энергия.

Сначала увеличивается скорость движения тех частиц вещества, которые ближе к пламени. Температура в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части тела. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется все тело.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. У жидкостей теплопроводность невелика. У газов она еще меньше, так как молекулы их находятся сравнительно далеко друг от друга и передача энергии от одной частицы к другой затруднена.

Плохая теплопроводность шерсти, пуха и меха (обусловленная наличием между их волокнами воздуха) позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и тем самым защищаться от охлаждения. Защищает от холода и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, китов, моржей, тюленей и некоторых других животных.

Конвекция - это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) вещества. Жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой ставят на огонь, радиаторы отопления помещают под окнами около пола. Поместив руку над горячей плитой или над включенной лампой, мы почувствуем, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи воздуха, так как его плотность становится меньше, чем у окружающей (более холодной) среды, и под действием архимедовой (выталкивающей) силы она начинает подниматься вверх. Ее место внизу заполняет холодный воздух. Точно так же переносится энергия и при нагревании жидкости.

Лучистый теплообмен (тепловое излучение) - это теплообмен, при котором энергия переносится солнечными лучами, а также лучами, испускаемыми нагретыми телами, при этом тепловая энергия передается во все стороны.

С помощью теплового излучения передается на Землю и солнечная энергия. Тепловое излучение испускают все тела: электрическая плитка, лампа, земля, стакан с чаем, тело человека и т. д. Но у тел с низкой температурой оно слабое.

Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному. Тело с темной поверхностью лучше поглощает энергию (и, следовательно, сильнее нагревается), чем тело со светлой или зеркальной поверхностью. Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию. Больше излучая, они и остывают быстрее. Например, в темном чайнике горячая вода остывает быстрее, чем в светлом. Воздушные шары и крылья самолетов часто красят серебристой краской, чтобы они меньше нагревались солнечными лучами. Если же нужно использовать солнечную энергию (например, для нагревания некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках), то эти устройства окрашивают в темный цвет.

При изготовлении кухонной утвари, производители учитывают теплопроводность материала.

С давних времен люди использовали медную и латунную посуду. Медь при контакте с пищевыми кислотами на воздухе переходит в раствор, а растворимые соединения меди чрезвычайно токсичны. С другой стороны медь обладает наилучшей теплопроводностью среди металлов, из которых изготавливают посуду. В настоящее время из меди делают посуду для кипячения воды (самовары, чайники). Также традиционно джезвы (турки) для приготовления кофе по-восточному изготовлялись из меди. Латунь (сплав меди с цинком), как более инертный материал, более или менее массово используется только для изготовления тазов для варки варенья и самоваров.

Чугун — первый металл, из которого человечество начало делать посуду в промышленных масштабах. У чугуна очень высокая теплоёмкость. Эмалью покрытая чугунная посуда не позволяет чугуну ржаветь, но посуду со сколотой эмалью рекомендуется сразу прекратить использовать так как вокруг места первого скола эмаль будет откалываться далее и попадать в пищу, а посуда в этом месте начнёт ржаветь.